一種超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3d噴墨打印的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，包括超聲波霧化納米懸浮液裝置，納米微細(xì)噴墨打印裝置，工業(yè)定位相機(jī)，視頻監(jiān)控器，紅外激光微熔覆裝置，可加熱的真空吸附工作臺，三坐標(biāo)運(yùn)動滑臺及控制部分。這是一種基于超聲波雙腔霧化的方式霧化所要打印的納米懸浮液，在輔助氣體作用下經(jīng)過導(dǎo)管送至可控的納米微細(xì)噴墨打印裝置，經(jīng)過微細(xì)陶瓷噴嘴非接觸地直接打印在基片上，通過底板加熱或紅外激光微熔覆的方式凝固烘干所打印的納米漿料，加速漿料內(nèi)溶劑的蒸發(fā)，有機(jī)鍍層的氣化及納米顆粒的熔化，形成高導(dǎo)電率的微米級線寬的電子線路板。本發(fā)明不僅能夠直接打印導(dǎo)電層、絕緣層、保護(hù)層和阻焊層，而且能夠打印半導(dǎo)體元器件。
【專利說明】一種超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印領(lǐng)域，特別是適用于直接打印微小的半導(dǎo)體功能器件及3D構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的PCB電子線路板制造業(yè)中，無論是普通的剛性電子線路板還是近些年的柔性電子線路板的生產(chǎn)，都要通過一系列的復(fù)雜工序最終制成，常見的工序包括覆銅板的影像、沉銅、線路、電鍍、蝕刻、阻焊、文字和表面處理等等。這種生產(chǎn)方式，一方面，生產(chǎn)設(shè)備的投入比較大，對于小批量的生產(chǎn)或個(gè)性化的制作非常不便，特別是電鍍和蝕刻工序產(chǎn)生的工業(yè)廢氣和廢水都帶來了對操作者和環(huán)境的破環(huán)。另一方面，所說的電子線路板都是以平面的覆銅板為主，對于復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)很難實(shí)施在線的嵌入式制版。
[0003]最近十幾年來，3D打印技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域中正在迅速成長為一項(xiàng)新興技術(shù)，這種打印技術(shù)通常稱作“3D打印”，“快速成型”，“快速制造”，或“增材加工”。這種制造方法不需要原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過層打印疊加材料的方法生成所需要的部件，比較常見的3D Systems公司的塑料FMD熔融擠壓3D打印機(jī)。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了鈦合金粉末，鎂合金粉末，鎳基合金，鈷基合金粉末，不銹鋼粉末的快速成型3D金屬打印機(jī)。這類金屬打印機(jī)采用激光或電子束局部選擇性融化SLS的方式逐層打印出所需的部件，如瑞典ARCAM公司的電子束熔融金屬3D打印機(jī)，英國Renishaw的激光熔融金屬3D打印機(jī)，但是可以注意到這些3D打印設(shè)備都是以打印機(jī)械類零部件為目的，而不打印電子線路板。
[0004]最近，有些學(xué)者提出了是否可以用普通噴墨打印機(jī)完成電子線路板直接打印的設(shè)想，但是可以注意對于微細(xì)線路的打印，普通噴墨打印機(jī)在打印精度上很難滿足工業(yè)制品的要求。由于普通的噴墨打印機(jī)打印噴頭與打印制品的間隙很小，對立體結(jié)構(gòu)的電子制品也不容易實(shí)現(xiàn)。由于納米懸浮液不同于普通噴墨打印機(jī)的墨水，如果使用普通的噴墨打印機(jī)很容易使噴頭發(fā)生阻塞的現(xiàn)象，同時(shí)也無法在線控制液體的流量和粘度等重要指標(biāo)，對后續(xù)工序如墨水的固化和烘干也帶來很大的不便。
[0005]因此，從上述的背景中，可以發(fā)現(xiàn)非常有必要發(fā)明一種新穎的納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，能夠直接打印電子功能部件、半導(dǎo)體元器件和細(xì)微的3D結(jié)構(gòu)，包括打印導(dǎo)電層、絕緣層、保護(hù)層、阻焊層，以及導(dǎo)線、焊盤、電阻、電感、電容、二極管、三極管、運(yùn)算放大器及其組合的電阻應(yīng)變片、熱電偶、電子標(biāo)識、電子天線、FRID標(biāo)識、SIM卡等功能部件及細(xì)微工程的3D構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種基于超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)。該打印機(jī)主要解決納米懸浮液的霧化，納米懸浮液的直接打印和沉積，實(shí)現(xiàn)直接打印電子功能部件、半導(dǎo)體元器件和細(xì)微工程的3D結(jié)構(gòu)件。[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，包括超聲波霧化納米懸浮液裝置，納米微細(xì)噴墨打印裝置，工業(yè)定位相機(jī)，視頻監(jiān)控器，紅外激光微熔覆裝置，可加熱的真空吸附工作臺，三坐標(biāo)運(yùn)動滑臺及控制部分。
[0008]所述的基于超聲波雙腔霧化的方式霧化所要打印的納米懸浮液。
[0009]所述的納米懸浮液包括納米銀,納米銅,納米金,納米鎳基合金，納米鈷基合金類的納米金屬粉末和納米陶瓷類的納米非金屬粉末，及相應(yīng)的鍍膜和有機(jī)分散溶劑和溶液。
[0010]所述的霧化納米懸浮液在輔助氣體作用下經(jīng)過導(dǎo)管送至可控的納米微細(xì)噴墨打印裝置，經(jīng)過微細(xì)陶瓷噴嘴非接觸地直接打印在基片上。
[0011]所述的微細(xì)陶瓷噴嘴直徑5微米到500微米，打印過程中噴嘴頭部到所打印的基片非接觸距離I毫米到30毫米，所述的打印基片包括柔性的電子線路板、金屬表面、PET、玻璃和陶瓷基片及其三維立體構(gòu)件。
[0012]所述的通過底板加熱或紅外激光微熔覆的方式凝固烘干所打印的納米漿料，加速漿料內(nèi)溶劑的蒸發(fā)，有機(jī)鍍層的氣化及納米顆粒的熔化，形成高導(dǎo)電率的微米級線寬的電子線路板。
[0013]所述的三坐標(biāo)運(yùn)動滑臺為高精度滑臺固定在大理石基座上。
[0014]所述可加熱的真空吸附工作臺固定在一個(gè)高精度的十字滑臺上，連接真空泵和加熱裝置，制品通過真空吸附固定，同時(shí)可加熱制品，溫度可控可顯示。
[0015]所述的基于超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，不僅能夠直接打印導(dǎo)電層、絕緣層、保護(hù)層和阻焊層，而且能夠打印半導(dǎo)體元器件，包括打印導(dǎo)線、焊盤、電阻、電感、電容、二極管、三極管、運(yùn)算放大器及其組合的電阻應(yīng)變片、熱電偶、電子標(biāo)識、FRID標(biāo)識、SIM卡等功能部件及細(xì)微工程的3D結(jié)構(gòu)件。
[0016]本發(fā)明具有積極有益的效果:
1.該打印機(jī)采用雙腔超聲波霧化納米懸浮液，主要解決納米懸浮液、納米漿料的直接打印問題，人機(jī)操作安全方便，不需要借助昂貴的電子線路板生產(chǎn)設(shè)備。
[0017]2.該打印機(jī)通過底部加熱和紅外激光微熔覆技術(shù)解決了納米懸浮液漿料類材料無法打印復(fù)雜的3D幾何構(gòu)造，層打印堆積后出現(xiàn)塌陷或倒塌的問題。
[0018]3.該打印機(jī)是在濕態(tài)的納米懸浮液漿料狀態(tài)，超聲波霧化后直接打印電子線路板，不需要傳統(tǒng)的電鍍和腐蝕等工序，極大地減少對環(huán)境的破壞和對操作者的危害，同時(shí)，極大地減少制作時(shí)間。
[0019]4.該打印機(jī)采用了大理石框架，配備高精度三維伺服電機(jī)驅(qū)動滑臺，工業(yè)相機(jī)定位，打印精度高，可打印微細(xì)的電子線路板和細(xì)微工程的3D結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用范圍十分廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0021]圖1為本發(fā)明的總體示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的雙腔超聲波霧化裝置示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的納米懸浮液打印裝置示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明的可加熱的真空吸附工作臺示意圖。[0025]圖中，各序號名稱如下:
圖中，101為大理石基座，102為大理石立柱，103在大理石橫梁，104為左側(cè)超聲波納米懸浮液霧化裝置，105為Z軸滑臺，106為右側(cè)超聲波納米懸浮液霧化裝置，107為紅外激光器，108為Z軸滑塊及夾具，109為右側(cè)納米懸浮液打印裝置，110為左側(cè)納米懸浮液打印裝置，111為工業(yè)相機(jī)定位器，112為XY十字滑臺，113為制品工作臺，201為納米懸浮液霧化后出口，202為霧化管密封塞，203為輔助氣體入口，204為霧化管高度調(diào)節(jié)螺母，205為霧化管角度調(diào)整器，206為霧化管左右調(diào)整器，207為超聲波諧振腔，208為液面指示器接口，209為冷卻水入口，210為超聲波諧振器，211為所要打印的納米懸浮液，212為霧化管，213為冷卻水出口，301為切斷快門位置校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，302為霧化漿料入口，303為霧化漿料加熱器，304為霧化漿料導(dǎo)管，305為噴嘴鎖緊螺母，306為超細(xì)陶瓷噴嘴，307為霧化漿料切斷快門，308為霧化漿料快門控制器，401為工作臺內(nèi)腔，402為可溫控裝置接口，403為真空吸附裝置接□。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明提供了一種基于超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)。在圖1中，該打印機(jī)包括一個(gè)由大理石基座101，大理石立柱102和大理石橫梁103組成一個(gè)穩(wěn)定的大理石龍門框架。在大理石基座101上固定一個(gè)高精度的伺服驅(qū)動的XY十字滑臺112，在其上面配備了一個(gè)制品工作臺113，可執(zhí)行XY軸的插補(bǔ)運(yùn)動。在大理石立柱102上安裝了一個(gè)Z軸伺服驅(qū)動滑臺105，該滑臺配有一個(gè)Z軸滑塊及夾具108，用于裝配工業(yè)相機(jī)定位器111、左側(cè)納米懸浮液打印裝置110、右側(cè)納米懸浮液打印裝置109以及紅外激光器107，可完成定位、打印和激光燒結(jié)功能。在這個(gè)大理石框架兩側(cè)分別配備了左側(cè)超聲波納米懸浮液霧化裝置104和右側(cè)超聲波納米懸浮液霧化裝置106，霧化后的漿液分別傳送到相對應(yīng)的漿料打印裝置。圖2是本發(fā)明的雙腔超聲波霧化裝置示意圖。在圖2中，霧化管212被放置于超聲波諧振腔207內(nèi)。在該霧化管內(nèi)裝有所要打印的納米懸浮液211，在其頭部裝有霧化管密封塞202和輔助氣體入口 203。該霧化管入水深度，傾斜角度及其左右位置可以通過霧化管高度調(diào)節(jié)螺母204，霧化管角度調(diào)整器205及其霧化管左右調(diào)整器206進(jìn)行校準(zhǔn)直至所要打印的納米懸浮液211在霧化管中充分均勻霧化，在輔助氣體左右下送至納米懸浮液霧化后出口 201。為了保證該納米懸浮液霧化裝置正常工作，在該超聲波諧振腔內(nèi)裝有液面指示器接口 208和超聲波諧振器210及其水冷卻裝置，冷卻水入口 209和冷卻水出口 213。圖3為本發(fā)明的納米懸浮液打印裝置示意圖。在圖3中，霧化的納米漿料通過霧化漿料入口 302經(jīng)過可加熱器303進(jìn)一步調(diào)整漿料的粘度后，進(jìn)入漿料導(dǎo)管304及噴嘴鎖緊螺母305送至超細(xì)陶瓷噴嘴306。在該噴嘴的下方配備漿料切斷快門307和快門控制器308及快門位置校準(zhǔn)器301，在打印過程中，快門機(jī)構(gòu)執(zhí)行一個(gè)微小的擺動動作使噴嘴無阻擋，漿料直接打印在制品上，在打印暫停和非打印狀態(tài)下，快門回位作為漿料的收集器。在圖4中，打印的制品置于工作臺上方，該工作臺包括工作臺內(nèi)腔401，該腔內(nèi)配備可溫控裝置接口 402可以通過加熱的方式凝固烘干所打印的納米漿料，和真空吸附裝置接口403可通過真空吸附的方式固定所打印的制品，打印完成后，釋放真空，取出所打印的制品。
[0027]本發(fā)明的納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)工作過程如下:
這是一種基于超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，包括超聲波霧化納米懸浮液裝置104和106，納米微細(xì)噴墨打印裝置110和109，工業(yè)定位相機(jī)111及視頻監(jiān)控器，紅外激光微熔覆裝置107，可加熱的真空吸附工作臺113，三坐標(biāo)運(yùn)動滑臺112和105及控制部分。首先用繪圖軟件繪制所打印的電子線路板或所要打印的微細(xì)3D模型，根據(jù)打印精度的要求，設(shè)置層高，產(chǎn)生機(jī)器手可識別的路徑運(yùn)動軌跡和控制代碼，完成程序制作，聯(lián)機(jī)，路徑模擬仿真正確后準(zhǔn)備開始打印。將所要打印的制品放置工作臺113上，接通真空泵吸附制品403，通過工業(yè)相機(jī)111精確定位所要打印的位置。設(shè)定加熱溫度，開啟超聲波諧振器210及其冷卻裝置，調(diào)整納米漿料霧化器位置直至漿料均勻霧化后，開啟輔助氣體203，在輔助氣體作用下經(jīng)過導(dǎo)管送至可控的納米微細(xì)噴墨打印裝置，經(jīng)過微細(xì)陶瓷噴嘴306非接觸地直接打印在基片上，通過底板加熱或紅外激光107微熔覆的方式凝固烘干所打印的納米漿料，加速漿料內(nèi)溶劑的蒸發(fā)，有機(jī)鍍層的氣化及納米顆粒的熔化，形成高導(dǎo)電率的微米級線寬的電子線路板的導(dǎo)電層。同時(shí)，其中的一個(gè)打印裝置也可用于打印非金屬的納米漿料，打印絕緣層，阻焊層或保護(hù)層。這種基于超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，不僅能夠直接打印導(dǎo)電層、絕緣層、保護(hù)層和阻焊層，而且能夠打印半導(dǎo)體元器件，包括打印導(dǎo)線、焊盤、電阻、電感、電容、二極管、三極管、運(yùn)算放大器及其組合的電阻應(yīng)變片、熱電偶、電子標(biāo)識、FRID標(biāo)識、SIM卡等功能部件及微細(xì)工程的3D構(gòu)件。
[0028]雖然，上文中已用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明工作和制作過程的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在于:所述的電子線路板3D噴墨打印機(jī)包括超聲波霧化納米懸浮液裝置，納米微細(xì)噴墨打印裝置，工業(yè)定位相機(jī)，視頻監(jiān)控器，紅外激光微熔覆裝置，可加熱的真空吸附工作臺，三坐標(biāo)運(yùn)動滑臺及控制部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在于:所述的基于超聲波雙腔霧化的方式霧化所要打印的納米懸浮液，霧化管位置可調(diào)可控。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的所要打印的納米懸浮液，其特征在于:所述的納米懸浮液包括納米銀，納米銅，納米金，納米鎳基合金，納米鈷基合金類的納米金屬粉末和納米陶瓷類聚合物類的納米非金屬粉末，以及相應(yīng)的鍍膜和有機(jī)分散溶劑和溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在:所述的霧化納米懸浮液在輔助氣體作用下經(jīng)過導(dǎo)管送至可控的納米微細(xì)噴墨打印裝置，經(jīng)過微細(xì)陶瓷噴嘴非接觸地直接打印在基片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微細(xì)陶瓷噴嘴，其特征在于:所述的微細(xì)陶瓷噴嘴直徑I微米到300微米，打印過程中噴嘴頭部到所打印的基片非接觸距離為I毫米到30毫米，所述的打印基片包括柔性的電子線路板、PET、金屬表面、玻璃和陶瓷基片及其三維立體構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在于:所述的通過底板加熱或紅外激光微熔覆的方式凝固烘干所打印的納米漿料，加速漿料內(nèi)溶劑的蒸發(fā)，有機(jī)鍍層的氣化及納米顆粒的熔化，形成高導(dǎo)電率的微米級線寬的電子線路板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在于:所述的三坐標(biāo)運(yùn)動滑臺為高精度滑臺并固定在大理石基座及大理石框架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在于:所述可加熱的真空吸附工作臺固定在一個(gè)高精度的十字滑臺上，連接真空泵和加熱裝置，制品通過真空吸附固定，同時(shí)可加熱制品或調(diào)整漿料的粘度，溫度可控可顯示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波霧化納米懸浮液的電子線路板3D噴墨打印機(jī)，其特征在于:不僅能夠直接打印導(dǎo)電層、絕緣層、保護(hù)層和阻焊層，而且能夠打印半導(dǎo)體元器件，包括打印微細(xì)導(dǎo)線、焊盤、電阻、電感、電容、二極管、三極管、運(yùn)算放大器及其組合的電阻應(yīng)變片、熱電偶、電子標(biāo)識、FRID標(biāo)識、SIM卡等功能部件以及微小3D結(jié)構(gòu)件。
【文檔編號】B22F3/105GK104014790SQ201410163785
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】張遠(yuǎn)明, 李豹, 黃淋芳, 張雨霞 申請人:張遠(yuǎn)明